[发明专利]淡水鱼养殖区域的水质健康智能监测系统

权利要求书

1.淡水鱼养殖区域的水质健康智能监测系统，其特征是，包括水质监测终端、感知子系统和智能终端；所述的感知子系统、智能终端与水质监测终端通信连接；所述的感知子系统包括单个基站、单个汇聚节点和多个传感器节点，多个传感器节点随机分布在淡水鱼养殖场监控区域内，与汇聚节点、基站通过自组织方式构成无线传感器网络；基站部署于淡水鱼养殖场监控区域外，通过通信网络与水质监测终端通信，传感器节点采集水质监测数据并发送至汇聚节点，由汇聚节点汇聚水质监测数据至基站，基站将接收的水质监测数据发送至水质监测终端；所述的水质监测终端用于对基站传送的水质监测数据进行存储、显示，并在水质异常时向智能终端发送报警信号；网络初始化时，将传感器节点划分为多个簇组，并从每个簇组中选取一个簇头，其中在每一轮通信开始之前都要对簇头重新进行选择；传感器节点采集所监测位置的水质监测数据，并将水质监测数据单跳发送至对应的簇头；簇头负责簇内水质监测数据的接收和处理，并将处理后的水质监测数据发送至汇聚节点；传感器节点发送能耗采用自由空间损耗模型，而簇头与汇聚节点之间进行通信时采用多径衰减模型；所述的将传感器节点划分为多个簇组，包括：

(1)将设定的监测区域平均划分为e个子区域；

(2)按照下列公式计算每个子区域的重心位置，选择距离重心位置最近的传感器节点作为簇组中心：

式中，B_i表示第i个子区域的重心位置，i＝1,…,e，x(j)表示所述第i个子区域中第j个传感器节点所在位置的横坐标，y(j)为所述第j个传感器节点所在位置的纵坐标，其中以汇聚节点为坐标原点，h_i为所述第i个子区域具有的传感器节点个数；

(3)基于选择好的e个簇组中心，对所有传感器节点进行分簇，各传感器节点加入到距离最近的簇组中心对应的簇组内，从而完成簇组的初始化；

所述从每个簇组中选取一个簇头，包括：

(1)设置簇头选取轮数为int表示取整，计算簇组内各传感器节点在当前轮次担任簇头的概率，并按照概率由大到小的顺序对各传感器节点进行排序；

(2)将排序最前的传感器节点作为备选簇头，预测其作为簇头的总能耗，若该总能耗不超过预设的最大能耗阈值G_max，则直接选择该备选簇头担任本轮次的簇头，否则重新选择下一位的传感器节点作为备选簇头，直至选择的备选簇头的总能耗不超过G_max；

设定总能耗的预测公式为：

式中，为预测的备选簇头y担任新簇头后的总能耗，y＝1,2，为备选簇头y所在簇内的传感器节点数量，G₀为设定的簇头接收和处理单位水质监测数据的能耗，Z_y,o为所述备选簇头y到汇聚节点的距离，G_p为电路能耗参数，p₁为基于自由空间损耗模型的功放能耗系数，p₂为基于多径衰减模型的功放能耗系数，Z_k,y为备选簇头y所在簇内的第k个传感器节点到所述备选簇头y的距离；

其中，所述概率的计算公式设定为：

式中，W_aq(u)为第a个簇组内任意传感器节点q在第u轮通信过程中担任簇头的概率，当簇组内所有传感器节点在之前的通信过程中都担任过一次簇头后，u将被重置为1，在接下来的通信过程中u逐渐增长到d_a为所述第a个簇组具有的传感器节点个数；当所述传感器节点q在过去u轮通信过程中担任过簇头时，R_q(u)＝0.5，所述传感器节点j在过去u轮通信过程中未担任过簇头时，R_q(u)＝1；G_q为所述传感器节点q的当前剩余能量，G_c为所述第a个簇组内第c个传感器节点的当前剩余能量，h_a为所述第a个簇组内具有的传感器节点数量，S_q为所述传感器节点q与第a个簇组内所有传感器节点的距离和，S_c为所述第c个传感器节点与第a个簇组内所有传感器节点的距离和；f₁、f₂为预设的权重系数。

2.根据权利要求1所述的淡水鱼养殖区域的水质健康智能监测系统，其特征是，传感器节点包括水温传感器、溶解氧浓度传感器、大气压传感器、酸碱值传感器。